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吉林高校珠海学院毕业设计六自由度机械手臂限制系统设计TheContro1.SystemDesignofManipuIatorwithSixDof系另U:电子信息系专业：自动化姓名：郑晓彬学号：03101512指导老师姓名、职称：张贺东、副教授完成日期年月日吉林高校珠海学院本科毕业设计开题报告选题六自由度机械手臂限制系统设计院系电子信息系专业自动化学生姓名郑晓彬指导老师张贺东本选题的意义及国内外发展状况：随着工业生产效率的提高以及单片机在机械限制方面的广泛应用，机械手已逐步代替人工操作，在工厂车间得到了广泛的应用。在工业生产中，应用机械手的意义可以概括如下：1、提高了生产过程中的自动化程度2、改善了劳动条件,避开人身事故3、可以减轻人力，便于规模化生产我国机械手技术起步较晚，进入20世纪90年头后，机械手的探讨步入正轨，在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上,在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上都得到了广泛应用.机械手作业的精确性和各种环境中完成作业的实力，在国民经济各领域有着广袤的发展前景。1958年美国联合限制公司研制出第台机械手，接着德国机械制造业从1970年起先应用机械手，主要用F起重运输、焊接和设备的上下料等作业.日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后，大力从事机械手的探讨。探讨内容：1、机械手限制技术：重点探讨模块化限制系统。2、多传感器系统：为进一步提高机械手的适应性和白由度，多传感器的应用是问题解决的关键，此外还需探讨传感器系统的好用性。3、机械手遥控技术：自动和半自动技术，机械手与操作者之间的协调限制。4、模拟人手限制技术：通过手菖的动作干脆限制机械手.探讨方法、手段及步骤：首先查阅机械手臂的相关设计资料，包括书籍、期刊、论文.在此基础上，分析确定六自由度机械手臂的设计方案。机械手的整体设计形式，主要取决于机械手的工作要求、运动形式、作业环境等。再进行机械手硬件结构的设计和安装,用电位器组奘一个相同自由度的关节限制器，用以限制六自由度机械手。分模块进行编程。这些模块有：舵机限制模块、电位器AD采样模块、无线传输模块。各模块调试完之后，再进行系统的整体谢试。参考文献：1 .宋伟刚.机器人学一一运动学、动力学与限制M,北京：科学出版社,20072 .富瓢、刘美俊.排爆机器人的探讨与开发M北京：电子工业出版社,20103 .丹尼斯克拉克、迈克尔欧文斯.机器人设计与限制M.宗光华、张慧慈译.北京：科学出版社,20044 .迈克.普瑞德科.机罂人限制器与程序设计制.宗光华、李大寨译.北京:科学出版社,20045 .郭天祥.新概念51的片机C语言教程M.北京：电子工业出版社,20096 .H.Asada,J.-J.E.S1.otine.RobotAna1.ysisandContro1.M.Wi1.ey-Interscience,1986摘要机械手作为机器人领域的个重要组成部分，它广泛的应用将有助于提高劳动生产效率和工作效率，节约人工成本，减轻劳动强度，改善工作条件，在将来将拥有特别广袤的应用前景。此次探讨的机械手采纳电位器作为传感器，由人手干脆操作机械手的完成动作。机械手硬件由四个部分组成，分别是底座、手臂、手腕、夹持：,每一部分都由舵机单独限制,运用铝合金支架，并配套螺丝、螺母进行组装和固定。ATmega16单片机作为限制系统的核心，分为主机和从机两部分。主机对电位器模拟量进行采样，A/D转换的数字量结果发送给从机，从机把接收到的数字垃转化为P那!信号限制舵机，使馆机转动相应的角度.本设计主要探讨六自由度机械手遥控技术，即机械手与操作者之间的协调限制,模拟人手限制技术，即通过安装在手耨上的电位器感知人手的动作位置，从而干脆限制机械手完成相应的动作。关键字：ATmega16：舵机:A/D采样TheContro1.SystemDesignofManipu1.atorwithSixDofABSTRACTManipu1.atorisanimportantpartinthefie1.dofrobot.ItsWideapp1.icationwi11contributetoincreasing1.aborproductivityandoperatingefficiency,saving1.aborcost,reducing1.aborintensityandinprovi11theoperationconditions.Manipu1.atorwou1.dhave1imit1.essapp1.icationinthefuture.Inthisstudy,manipu1.atoradoptspotentiometerassensors,whichcomp1.etestheactionofitdirect1.ybyhand.Thehardwareofmanipu1.atorisconstitutedbyourparts:base,an,wrist,ho1.der.EaChpar1.iscontro1.1.edbyservoSepiirate1.y,usinga1.uminuma1.1.oyframe,assemb1.edandfixedbyscrewandnut.ATmega16MCUisthecoreofcontro1.system,whichdividedintotwoparts,hostands1.ave.Thehostsamp1.esthepotentiometerana1.og.Theresu1.tsofDconversionofdigita1.quantitysendtothes1.ave.Thenthes1.aveconvertsthedigita1.quantityintoPWMsigna1.tocontro1.servotorotatecorrespondingang1.e.Thedesignmain1.ystudiesthecontro1.systemofmanipu1.atorwithsixdof.Thatisthecoordinationcontro1.betweenmanipu1.atorandoperator.It'Sacontro1.techno1.ogythatmanipu1.atorfo1.1.owingthemovementofhumanhand.ThatisaccordingIoinsta1.1.ingonthearmofthePo1.enIiOme1.erPerCeiVingtheactionPOSi1.iOnohumanhandstocontro1.themanipu1.atortocomp1.etethecorrespondingactiondirect1.y.Keywords:ATmega16,servo,A/Dsamp1.e1绪论O1.1 机械手的现状O1.2 机械手的发展前景O1.3 探讨意义11.4 探讨的主要内容12硬件系统的总体结构22.1 硬件系统的总体结构22.2 机械手的硬件结构组成23方案设计43.1 限制处理器的论证与选择43.2 驱动电机的论证与选择53.3 无线模块的论证与选择54硬件设计64.1 ATmega1.6单片机限制电路64.1.1 ATmega16单片机的组成64.1.2 ATmega16的引脚功能64.1.3 ATmega16单片机基本硬件电路94.2 X1.IO5-232无线模块I1.4.2.1X1.105-232模块简介114.2.2X1.1.O5-232特点I1.4.2.3XI.105-232模块的应用114.2.4XI.105-232管脚定义125机械手驱动电机一一舵机135.1 舵机的组成135.2 舵机的工作原理135.3 舵机的限制156软件设计166.1软件设计概述166. 2A/D采样程序设计176.3 舵机限制程序设计186.4 无线模块程序设计197系统调试208结论21附录一22附录二23参考文献26致谢271绪论自20世纪70年头起先，工业机械手得到r很大程度上的发展，己经成为在自动化生产中一种无法取代的设备。机械手综合了多学科的最新探讨成果，作为工业机器人的一个重要组成部分。人们可通过编写相应的指令程序让机械手完成各种指定的动作，或看是让机械手有自主的适应和判别实力.1.1 机械手的现状在自动化生产过程中，人们会运用能够抓取和移动工件的自动扮装置，我们把这种装理称之为机械手。在生产和应用的实际当中，并不是单纯的运用机械手来替代人工劳动，而是把机械手作为综合人和机器特长的一种电子机械装置。随着科技的进步，机器人技术取得了突破性的进展，这也更加促进了机械手的发展。在短短的几十年中，伴随着科学技术的进步和工业生产的需求，机械手已经发展J'儿个阶段：第一个阶段是机械手能够基于某种特定指令从而完成相应动作的过程：其次个阶段是机械F通过传感器有肯定自主实力的过程：第三个阶段是机械手慢慢地向智能型方向发展的过程。在我国，机械手的研制较发达国家晚，并由于各方面的缘由在技术的应用和发展上也较为缓慢。但是近些年，我国起先引进国外机械手技术，从仿制到改造，最终实现自主的创新。些科研的位和高校也主动参加到机械手的研制中，现有在进行工业机器人研制开发或从事工业应用的单位达到200家以上,而且探讨单位和从事的科研人员每年都在增加。1.2 机械手的发展前景在国内，机械手的应用越来越广泛，注意对热处理、铸造、焊接等方面机械手的手展。从而有利于降低劳动强度，改善作业条件。除r专用机械手外，通用机械手也得到了发展，卜.一步还将研制示教机械手、组合机械户等。在机械手指标上，要以提高速度、削减冲击、正确定位为目标，让机械手能够在应用中发挥更好的作用。在国外，目前主婴是探讨智能型机械手。通过大量传感器的应用，使机械手有感知实力，能依据外界条件的变更做相应的姿态调整。假如位置稍有偏差时，就可以自动进行检测和校正。重点是探讨视觉和触觉功能，使机械手能够像人样有感知和自我推断实力，这项探讨目前己经取得了肯定的成果.世界高端工业机械手均有高精化、速化、轻量化、多轴化的发展趋势。在定位精度上，不但满意微米级要求，甚至达到了亚微米级，运行速度能够达到3M/S,量产产品达到6轴“随若机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向者生物技术、生命科学、电子信息及航空航天等高端行业发展。可以预见，在将来机械手肯定会在工业生产以及人们的日常生活中做出更大的贡献。1.3 探讨意义机械手主要用于几个方面：恶劣的工作环境及危急的工作、极限作业和特别作业场合、自动化生产领域.在应用的RI时给人类带来了很多好处，比如:削减了劳动费用、提高了生产效率、改进了产品质量、削减了材料奢侈等等。本次探讨的机械手是须要人工操作的，依据人手的动作完成相应匹配的动作，这种类型的机械手广泛用于原子能和军事工业，还有一些医疗手术器械.1.4 探讨的主要内容本设计主要探讨六自由度机械手遥控技术，即机械手与操作者之间的协调限制。模拟人手限制技术，即通过人手菖上的电位器感知人手的动作位也，从而干脆限制机械手完成相应的动作。2硬件系统的总体结构本系统的六自由度机械手自行设计，由自主组装完成，下面介绍机械手的总体结构和硬件结构，为六自由度机械手限制系统供应设计的依据.1. 1硬件系统的总体结构模块化的设计理念有助于系统的设计，在本设计当中机械手采纳的设计方法亦是如此。在设计的过程中，把机械手划分为底座、手情、手腕、夹持器四个部分，每个部分都由舵机单独限制，采纳铝合金支架、螺统、螺母进行组装和固定。如图1所示为模块化的设计总图，可以从图中看出机械手的四个组成部分和驱动相应部分的花机编号.图1硬件给构总体姐成2. 2机械手的硬件结构组成本系统的机械手由花机、铝合金支架和底座组成。运动结构是由底座的旋转部分、手臂的转动部分、手腕的转动部分和手部的夹持部分构成的。机械手由6个舵机聊动，每个舵机代表一个自由度，舵机的工作电压为6V、扭力13KG.图2机械手结构3方案设计本系统主要由限制器ATmega1.6单片机限制模块、驱动电机模块、无线模块组成，系统结构图如下图3。在本系统中,采纳电位器作为人手关节转动角度的传感器，测得的角度数据的模拟量传给ATinCga16单片机，ATmega1.6单片机进行A/D采样，把模拟量转化为数字量.每个电位器的数字及转化结果对应的限制佗机，使陀机转动相同的角度值，达到机械手跟随人手动作的限制效果。卜面对系统各模块的选择进行论证。3.1限制处理器的论证与选择方案一：采纳STC89C52单片机。STC89C52堆片机具有运用简便、价格便宜等诸多特点。可用软件实现简洁的逻辑限制和克法。但是其运算实力低，执行指令时间长，因此速度较慢.加上比较功能单一，很难实现困难的任务要求。假如要实现A/D采样功能，还须要在片外增加A/D采样模块。方案二：采纳ATinega16雎片机它具有精简指令集，拥有丰富的定时器，16KB的系统内可编程FIaSh,运算速度快，并带8路10位具有可选差分输入级可编程增益的D转换器(ADC),数据的存吐率高达IMIPS/MHz(MIPS表示M条指令s),因此能够适应系统快速响应和应付困难任务的要求。综合以上两种方案，选择方案二。3. 2驱动电机的论证与选择方案一：直流电机直流电机具有很高的速度、调整范用宽、调速平滑、限制便利等优点，但是在低速运行时，输出力矩很小，在些要求比较高的拥有较重负载的场合，假如干脆运用直流电机,简洁导致电机烧毁“在本设计中，机械手重达3KG,所以很难用直流电机来干脆驱动.另外直流电机在小角度转动的过程中是接近于短路状态的，使得直流电机在驱动机械手时很简洁发生烧毁的现象。方案二：直流减速电机减速电机是在直流电机的基础上，带有减速齿轮机构的一种电机，在低速运行过程中,能实现较大的力拓输出。但是在应用于机械手的限制时，其限制程序比较困难。在体枳上也不适用于本设计的小型机械手。方案三：步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的线位移和角位移的限制电机。它的特点是具有快速后动和停止实力，输出力矩大、限制精度高，并I1.能实现正反转限制：但缺点是限制困难、转速低、步进距离不够精细，时而会出现丢步的现象.方案四：舵机能机也称为微型伺服电机，它的特点是结构章凌、限制简沽、高扭矩、成本较低、易T安装调试等。陀机能在航模和微机电系统中作为基本的输出执行机构，其简洁的限制和输出访得单片机系统很简洁与之对接。缥上，本设计选择舵机作为机械手的驱动电机。4. 3无线模块的论证与选择方案一：采纳241.01无线模块nRF241.01是款工作在24-25GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。频道选择、输出功率和协议的设理可以通过SP1.接口进行。内置频率合成潺、晶体振荡器、调制器、功率放大器等功能模块，其中通信频道和输出功率可以通过程序进行配置。缺点是配置繁琐，操作不便。方案二：采纳X1.1.o5-232无线模块X1.105-232无战模块是拥有串行数据总线接口的半双工无畿传输模块，可以用于异步串行通信，工作频段为2.4G。具有传输距离远、传输速度快等特点。可.以干脆把有线连接转为无线，兼容各种有线通讯申协议，运用简洁，限制便利敏捷.由于A/D采样和佗机限制程序本身也较为困难，为了调试和限制的便捷性，选择方案4硬件设计4. 1ATmega16单片机限制电路4. 1.1ATmega16单片机的组成ATmcga16单片机是基于增加的VRRISC结构的低功耗8位CMOS微限制器。由于其先进的指令集及单时钟周期指令执行时间，ATmega1.6的数据吞吐率高达IWPS/MHz,从而减缓了系统在处理速度和功耗上的冲突。ATmcga16有如下特点:16KB系统内可编程F1.ash.IKBSRAM.512字节EEPROM,32个通用I/O口线,32个通用工作寄存器,用于边界扫描的JTAG接口,支持片内调试与编程，3个具有比较模式的敏捷的定时/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART,通用两线串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益的A/D转换罂(ADC),具有片内振荡器的可编程看门狗定时涔，一个SP1.出行端口及6个可以通过软件进行选择的省电模式。5. 1.2ATmega16的引脚功能ATmcga16的引脚封装有几种形式,本设计采纳的ATmega16单片机是10脚封装的结构,其引脚分布如图4所示。(XCKZTO)PBO匚(TI)PB1E(INT2AIN0)PB2匚(OCOAIN1)PB3匚(SS)PB4C(MOS1.)PB5匚(MISO)PB6匚(SCK)PB7匚RbStTCVCC匚GNDEXTA1.2EXTA1.1匚(RXD)PDO匚(TXD)PD1匚(INTO)PD2匚(INTI)PD3匚(OC1B)PD4匚(OCIA)PD5匚(K)PI)PD6匚098765432。I22222222233333333334234567890123456789。 RAO(ADCO) PA1(ADC1) PA2(ADC2) PM(ADC3) PA4(ADC4) PA5(ADC5) PA6(ADC6) PA7(ADC7) AREF GND AVCC PC7(TOSC2) PC6(ToSC PC5(TDI) PC4(TDO) PC3(TMS) PC2(TCK) PCI(SDA) PCO(SC1.) PD7(0C2)图4ATnega1.6引脚图（1） VCC:电源正。（2） GND：电源地。（3）端口A（PA0PA7）:端口A为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和汲取大电潦.作为输入运用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在更位过程中，端口A处于高阻状态。端口B、端口Cs端口D的特性都和端口A相同，区分只在于其次功能上，下面列出了各个端口的其次功能.表】PA口引脚一次功能端口引脚其次功能PON）CO（ADC输入通道0）PA1.ADCi（ADC输入通道DPA2ADC2（ADC输入通道2）PA3ADC3（ADC输入通道3）PA4DC4（ADC输入通道4）PA5ADC5（ADC输入通道5）P6M）C6（ADC输入通道6）PA7ADC7（ADC输入通道7）（4）端口B（PB0-PB7）表2PBU引脚耳次功能端口引脚其次功能PBOTO（T/C0外部计数罂输入）XCK（USRRT外部时钟输入/输出）PB1.T1.（T/C1外部计数器输入）PB2AINO（模拟比较正输入）INT2（外部中断2输入）PB3AIN1.（模拟比较负输入）OCO（17CO输出比较匹配输出）PB1.（SPI从机选择引脚）PB5MOSI（SPI总线的生机输出/从机输入信号）PB6MoSO（SP1.总线的主机输入/从机输出信号）PB7SCK（SPI总线的串行时钟）(5)端口C(PCo-PC7)表3表口引脚耳脚动次端口引脚其次功能PCOSC1.（两线串行总线时钟线）PC1.SDA（两线串行总线数据输入/输出线）PC2TCK（JTAG测试时钟）PC3TNS（JTAG测试模式选择）PC4TDO（JTAG测试数据输出）PC5TD1.（JTAG测试数据输入）PC6TOSCI（定时振荡器引脚1）PC7T0SC2（定时振荡器引脚2(6)端口D(PD0-PD7)&4h>喟艇其次功能端口引脚其次功能PDORXD（USART输入引脚）PDITXD(USART输出引脚)PD2INTO（外部中断0的输入）PD3INn（外部中断1的输入）PD1.OC1.B（T/C1输出比较B匹配输出）PD5OC1（T/C1输出比较A匹配输出）PD6ICPI（T/C1.输入捕获引脚）PD70C2（T/C2输出比较匹配输出）（7） RESET：复位输入引脚,持续时间超过最小期值时间的低电平将引起系统复位。（8） XTA1.1：反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。（9） XTA1.2：方向振荡放大涔的输出端。（10） AVCC：端口A与A/D转换器的电源，不运用A/D转换器时，该引脚干脆与VCC连接。运用I）转换器时应通过一个低通波波器与Vcc链接.（11） AREF：A/D转换器的模拟基准输入引脚。4.1.3ATmega16单片机基本硬件电路ATmega16单片机基本硬件电路由电源、坡位、晶振、A/D转换漉波、ISP下我接口五部分组成，如图5为八TmQga1.6的基本硬件组成原理图。其中电源、豆位和晶振电路称为最小系统电路。(1)电源ATmega16有5V直流电源供电。(2)品位电路51单片机采纳的是高电平宾位，而AVR单片机则是低电平更位。ATmCga16已经内置了上电身位设计，故AVR外部的更位线路在上电时，可以设计的很简洁：设计时只须要干脆连接一个IK的电阻(R1.)到VCC即可.为了牢靠,再加上一个100PF的电容器(C1.)以消退杂波和干扰.电路中D1.有两个作用：一是将复位输入的最高压钳在VCC+0.5V左右：二是系统断电时，将RI电阻短路，让C1.快速放电，在下一次来电时，能产生有效的坡位。图6复位电路(3)晶振电路ATmega16已经内置RC振荡线路,可以产生1MHz,2MHz、4MHz、8MHz的振荡频率.但是在一些要求较高的场合，须要用到外部的晶振电路。外部晶振电路由两个22pF的电容和一个8M频率的晶振组成,连接单片机的12脚(XTA1.1.)和13脚(XTA1.2).图7晶报电路(4) ”1)转换港波电路官方芯片手册举荐在YCC接上一个IOUH的电感(1.D,然后再接始终100pF(C6)到地，本次电路设计采纳/这种连接方法“AT1.nCga16内带2.56V标准参考电压，也可以从外面输入参考电压。习惯上在AREF脚接始终100PF的电容到地(C4).须要说明的是假如想简化线路，电路设计时可以将AVcc干脆接到Vcc将雎片机的32脚(AREF)悬空，即这部分不须要任何的外国零件。(5) ISP下载接口ISP卜载接口运用双排2X5插座。由于也有外围零件，故PB5(MOSI).PB6(M0S0).PB7(SCK).史位脚仍可以正常运用，不受ISP的干扰。4.2X1.105-232无线模块4. 2.1XIJo5-232模块简介XUo5-232无线模块是UART接口半双工无线传输模块，可以工作在2.4G公用频段。对于各种设备之间的无线通信，如计算机、单片机、及各种机器设备串口，可以应用本模块作为无线通信的工具.它能够把有线连接干脆升级为无线链接，而没有附加的程序,完全兼容有线串行通信协议，操作简洁、运用便利。5. 2.2X1.1.o5-232特点(1)拥有50米的开阔地传输距离(2)工作频率在2400M2483M,16个工作通道(默认1通道)(3)可设置ID：范围065535(4)串口速率1.2K115.2KBPS(默认9.6KBPS)(5)数据格式8N1(6)便利快捷的参数设置6. 2.3X1.1.O5-232模块的应用(1)智能家居、无线传感、平安系统(2)无线数据连接、遥测、小型的无线网络(3)车辆监控、防盗（4）机器人限制，飞思卡尔智能车限制（5）无级抄表、门禁系统、小区传呼（6）汽车四轮定位等4. 2.4X1.105-232管脚定义图9XUOS-232管脚定义X1.105232各管脚定义见下表5所示:表5XUaS-232各甘脚定义管脚定义说明电平1VCC电源+5V2GND地GND3TXD模块数据输出（接单片机RXD）TT1.4RXD模块数据输入（接单片机TXD）TT1.5SET设置时拉低，平常悬空6GND地GND5机械手驱动电机一舵机舵机最早出现于航模模型中，作为遥控模型用于限制动作的主要动力源。能机可以看成一个封装了电机、限制机反馈系统的动力总成，它运用简洁、动力强劲、能依据信号的要求精确地限制电机轴的唯角度，通常被人们用于制作小型机罂人、玩具并用于设备动作的动力源等.在一些角度须要不断变更并且能够保持的限制系统中，蛇机特别适用。本设计采纳的是模拟舵机。4.1 舵机的组成舵机是由外壳、电机、齿轮组、传感器、限制电路和限制线组成的伺服系统能机的电机有用一般小型直流电机的，也有用无刷直潦电机的。常用无刷直流电机作为舵机驱动电机，这样的舵机稳定性强、寿命更长、精度更高、扭力更大。限制电路板主要有电机驱动电路和信号电路组成，驱动电路由晶体管或FET场效应管组成的放大电路构成，采纳场效应管驱动可以获得更大的驱动实力.而在信号处理电路上,舵机通常采纳专用的直流伺服电机限制芯片，所以只能接收频率为50Hz的Pm1.脉宽调制信号输入。舵盘图10舵机组成5. 2舵机的工作原理标准的鸵机有3条引线，分别是电源线VCC、地线GND和限制信号线。舵机的供电电源须要单独供应，因为花机在工作时会产生肯定的噪声和干扰，假如出现超载的状况，舵机还会拉低电压，所以为了保证系统稳定运行，通片机和炭机分别有两组电源供电。输出转轴mu舵机限制找舵机的限制事实上属户个闭环的限制系统。当信号接口收到信号后，限制电路对信号作出计算和反应，驱动电机运转，电机带动能机输出抽输出力矩,同时也会带动电位器.对于舵机来说，这个电位器就是位置传感涔，它的当前阻值代表着电机轴所处的位置。电机转动导致电位器的阳值发生变更时，限制电路读取电位器的阳值，并与理论计算值进行比较，其阻值不是计算值时，电机接着转动。当转到信号耍求位置时，电路限制电机停止转动，完成一个信号所要求的动作。当电机轴受到外力发生偏转时，舵机会通过电位港感知到位置偏移，启动电机进行校正。比较电压图12航机工作Ki理图在本系统中，限制信号由ATmega1.6单片机主机采样电位滞的模拟量后发出，传送到从机，从机把信号输出给舵机的信号调制芯片，从而得到直潦偏置电压。它内部有个基准电路，产生周期为20ms、宽度为1.5ms的基准信号，并将获得的直流偏置电压和电位器的电压比较，获得电压差输出。最终，将出压差的正、负输出到电机驱动芯片确定电机的正反转。当电机转速肯定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使电压差为0,电机停止转动。5.3舵机的限制舵机的限制信号也是PWY信号，利用占空比的变更变更舵机的位置。标准舵机所要求的PwM信号波形,周期为20ms,高电平脉宽最小0.5ms、最大2.5ms。舵机的设计用途确定它的输出轴是否能连续转动，输出轴能转动的范围是有能机设计是的结构所确定的，一般是180",有些可以360”的旋转。本系统运用180"舵机，我们把0.525ms的脉宽划分到180”中，那么1.5ms脉宽时正好是中点，05ms脉宽时左转到极限位置，2.5ms脉宽是转到右极限位置.在这个范围内，脉宽的时长对应特定的角度。表6是脉宽与位置角度的对应关系。衣6棘宽。位置角咬的对应关系PWM脉冲宽度（周期为20ms）舵机输出轴转角O.5msOnIms45n1.5ms90u2ms135°2.5ms180"6软件设计6.1软件设计概述软件设计是本设计的重中之重，在硬件设计完成并达到要求后，要想真正让机械手动起来，还须要软件设计和硬件电路的协作。AYR单片机的编程语言主要有两种类里：一是汇编语言：二是C语言。汇编语言的机常代码生成效率很高，但可读性并不强，困难点的程序就更是难读懂：而虽然C语言机器代码生成效率不如汇编语言，但可读性和可移植性却远远超过的汇编语言，并且还使r模块化的编程。因此，采纳C语言为系统编程语言.图13主机程序程序图M从机程序泣程图6.2A/D采样程序设计A/D采样是把模拟地转化为数字量的过程，采集的模拟信号事实上为电压信号，由于电压在时间上连续，所以须要在连续的时间点上，依据某种既定的规则来截取电压信号，使之转化为数字信号。在程序设计时，须要首先选定一个参考电压，系统采纳外部5V电压源作为参考电压，对输入的电位器模拟出压信号进行采样。在采样结束后，先进入保持时间，以便于将采样的电压量转化为数字量，通过人为规定的编码形式给出八/D转换结果，同时清除中断标记，然后再起先下一次采样。ff1.15A/D采样流程图6.3舵机限制程序设计单片机系统实现对舵机输出转角的限制，必需首先完成两项任务：首先，产生基本的PWM周期信号，即产生20ms的周期信号：其次，调整脉冲宽度,即在单片机编程时调整PUY的占空比。在本系统中占空比是由安装在人手上的电位器来调整的。单片机限制单个能机比较简洁，利用一个定时器即可。其限制思路如下：利用单片机的一个定时器，定时时间为05ms：再定义一个变量，数值最大为40,这样周期即为20ms。此外，定义个舵机角度的标记，每次进入定时中断，推断此时的标记，进行相应操作。假如要让舵机跟随电位器转动，就须要把角度标识作为一个变量来编程.而假如要限制6路舵机，只须要定义相应的6个变量就可以了。在本系统中，ATmega1.6从机接受主机发来的信号，作为舵机的限制信号，限制舵机转动相应的角度值“图16航机限制程序at程图6.4无线模块程序设计X1.105-232无线模块的编程和串口通信编程方法一样，本系统涉及两个雎片机之间的通讯，通过无线模块实现对接。其流程图如图9所示。图17无线敕块四守流耨图7系统调试系统的调试标记的作品的设计进入/尾声，也是一个攻坚阶段.一般的单片机系统调试包括两个模块，一个是硬件调试，另一个是软件调试，两者休戚相关，密不行分。软件故障是由硬件来体现的，在陵件调试时乂可以发觉软件设计的问题。馍件的故障主要是由几方面的缘由引起的，列举如下。第一，在电路的逻辑设计上存在错误，比如短路、开路、制版过程中断线。其次，元器件失效，有可能是元件本身就损坏了，也有可能是元件极性安装错误导致烧坏。第三，电源的故障，可能是电源极性接反,电压不足等方面的缘由.针对以上的这些缘由，首先要求调试时先抖杳电路本身设计上的逻辑关系，确保电路本身设计无误。接若，在元件焊接安装中，应当先测试器件，对准极性位置再往上焊接。最终，在电路通电之前，细致核对所接导线的极性，避开接反。在进行软件调试时，要分模块进行。首先，对主机的调忒，由一个电位器起先，先读出1个电位器的模拟量，接着再读出全部6个电位冷的模拟量。然后，对从机的调试，也是由1个舵机起先，先限制1个舵机，再调试全部的6个舵机。最终，调试无线模块，把有线连接改为无线连接.系统调试的过程中，会遇到很多的问题，有的问题可能一时半会解决不了，找不到缘由，此时就须要自我调整心情，戒骄戒躁，耐性细致的调试，直至找出缘由。8结论在做毕业设计的过程中，我充分的利用/高校四年学到的学问，理论结合实践，在实践中去发觉自己的不足。在此过程中，我收获了课堂上学不到的东西。从选题起先我就反身雨酌，发觉机械手限制在目前的探讨当中还是比较少，而机械手作为机器人领域的一个重要分支，在将来的生产、生活应用中籽越来越广泛.所以我在选题时，大胆的选择了这个探讨领域。通过查阅资料，确定采纳电位器作为传感器，由人手干脆操作机械手的限制方案。在作品设计时，已经充分考虑到系统须要6路AD采样的状况，故采纳ATmega16单片机自带的"D采样功能，充分发挥AVR的片机处理速度快，接口功能和内部资源丰富的特点，对6路电位器的模拟量进行采集。此外，在焊接电路时，要做到细致细致，焊完个查个.避开虚焊、漏焊现象的发生。系统联调时，肯定要耐性，假如发觉问咫，一个一个点的推台，直到找出根本性的绿由。本设计在总体上达到了预期效果，限制简洁，几乎同步的跟随人手动作。随着智能型机械手探讨的进一步深化，大量运用传感元件，拥有自主功能的智能里机械手将是接下来的探时方向。通过这次毕业设计，我相识到了自己的一些不足，比如对于模块数据手册的理解不是很透彻，对手功能的创新和程序的优化还有待加强,实践是检险我们学习成果的最好试金石，通过这次的毕业设计，我相识到自身的学问体系还不够完善，这须要在今后的学习和工作中不断加强学问体系的建构，从而来提高自己。附录一附录二二inc1.udeCiO1.nI6.h>ttinc1.ude*dingyi.h*JiinCIUdZStd1.ib.h>/里面包含很多数学运算函数WdCfineUCharunsignedchar#defineuintunsignedintdefinefosc8000000晶振频率ucharweixuan=0xe3,0xe7,Oxob,Oxof1Oxf3,Oxf7,Oxfb,Oxff)：ucharduan=(0x3f,0x06,0x5b,0x4,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7,0x6f,0x40);共阴uchartab1.e4;ucharf1.ag：voidde1.ayins(uintXmS)(uinti,j：for(i=0:i<xms;i+)for(j=0J<1140J+);)voidDe1.ayus(uin1.XUS)(uinti;XUS=XUS*5/4;for(i-0;i<xus:i+);)voidinit()(DDRC=OXIT;设为巴输出PORTC=OXFF;输出高电平DDRB=OXFF:,ortb=oxff;输出高电平DDR八二Oxfe;PAo设置为输入PoRTA=Oxfe;电阻上拉无效voidadc_init()(ADM1.X1.=OX40：ADCSRA1.-OXe8;/adc使能，连续转换，2分频sfior=Oxoo：